(讲义)第2章 第3节 电磁感应规律的应用-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(粤教版2019)

第三节　电磁感应规律的应用 1．了解超速“电子眼”的工作原理。 2．知道法拉第电机的结构和工作原理。 3．理解电磁感应现象中电路问题和图像问题，并能解答相关问题。 知识点一　超速“电子眼” 如图所示，在路面下方间隔一段距离埋设两个通电线圈。当车辆通过通电线圈上方的道路时，由于车身是由金属材料制成的，做切割磁感线运动会产生感应电流，引起电路中电流的变化。根据v＝，只有汽车先后通过两个线圈上方的时间间隔小于某个值，拍摄装置才会被触发拍下超速车辆的照片。 知识点二　法拉第发电机 1．原理 放在两极之间的铜盘可以看作是由无数根铜棒组成的，铜棒一端连在铜盘圆心，另一端连在圆盘边缘。当转动圆盘时，铜棒在两磁极间切割磁感线，铜棒就相当于电源，其中圆心为电源的一个极，铜盘的边缘为电源的另一个极。它可以通过导线对用电器供电，使之获得持续的电流。 2．转动切割电动势的大小 如图所示，发电机工作时电动势的大小 E＝＝＝＝BωL2。 或E＝BLv中＝BL·Lω＝BωL2。 3．电势高低的判断 产生电动势的导体相当于电源，在电源内部电动势的方向从低电势指向高电势。 1．思考判断(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)导体在磁场中切割磁感线产生感应电动势的部分相当于电源，其余部分相当于外电路。 (√) (2)长为L的直导线在磁感应强度为B的匀强磁场中以速度v匀速运动产生的最大感应电动势为BLv。 (√) (3)在闭合线圈上方有一条形磁铁，在其自由下落直至穿过线圈过程中机械能守恒。 (×) (4)在电源内部电流从正极流向负极。 (×) (5)反电动势的方向与外加电压的方向相反。 (√) 2．如图甲所示，匝数n＝50的圆形线圈M，它的两端点a、b与内阻很大的电压表相连，线圈中磁通量的变化规律如图乙所示，则a、b两点的电势高低与电压表的读数为(　　) A．φa>φb，20 V　　　 B．φa>φb，10 V C．φa<φb，20 V　 D．φa<φb，10 V B　[圆形线圈产生电动势，相当于电源内电路。磁通量均匀增大，由楞次定律知，线圈中感应电流为逆时针方向，又线圈相当于内电路，故φa>φb；E＝n＝50× V＝10 V，因而电压表的读数为10 V。电压表测量的是电源的电动势，即感应电动势。故B正确。] 3．如图所示，半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场(磁感应强度为B)中，绕过圆心O点的轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻R的电流的方向和大小是(金属圆盘的电阻不计)(　　) A．由c到d，I＝ B．由d到c，I＝ C．由c到d，I＝ D．由d到c，I＝ D　[根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E＝Br·rω＝Br2ω，由欧姆定律得，通过电阻R的电流I＝＝＝；圆盘相当于电源，由右手定则判断可知，电流方向为由边缘指向圆心，所以电阻R中的电流方向为由d到c，选项D正确。] 如图所示，圆环导体平面与匀强磁场方向垂直，导体棒OA以O为圆心，另一端在圆环上做匀速圆周运动。则： (1)图中哪一部分产生了感应电动势？ (2)灯泡是否发光？ (3)灯泡两端的电压是否变化？ 提示：(1)OA。(2)发光。(3)不变。 　导体棒在匀强磁场中的转动问题 1．用E＝BLv求解 直导线绕其一端在垂直匀强磁场的平面内转动时产生的感应电动势计算公式E＝BLv，式中v是导体上各点切割速度的平均值，即v＝，所以E＝BL2ω。 2．用E＝求解 则Δt时间内回路面积的增加即为图示时刻的扇形面积。即ΔS＝L·θL，而θ＝ωΔt，所以感应电动势E＝＝B·＝B·L2ω＝BL2ω。 【典例1】　如图，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc。已知bc边的长度为L。下列判断正确的是(　　) A．Ua>Uc，金属框中无电流 B．Ub>Uc，金属框中电流方向沿a—b—c—a C．Ubc＝－BL2ω，金属框中无电流 D．Ubc＝BL2ω，金属框中电流方向沿a—c—b—a C　[金属框abc平面与磁场平行，转动过程中磁通量始终为零，所以无感应电流产生，选项B、D错误；转动过程中bc边和ac边均切割磁感线，产生感应电动势，由右手定则判断Ua<Uc，Ub<Uc，选项A错误；由转动切割产生感应电动势的公式得Ubc＝－BL2ω，选项C正确。] 导体转动切割磁感线产生的电动势 (1)此导体棒绕中点O匀速转动ΔΦA＝ΔΦB，E＝0。 (2)半径为r的直角扇形金属框架匀速转动，E＝Br2ω。 [跟进训练] 1．(2022·四川绵阳南山中学高二期末)如图所示，半径为L的金属圆环固定，圆环内存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，长为L、电阻为r的导体棒OA，一端固定在通过圆环中心